1、第 1 页 共 6 页 第第 10 章章 传热过程分析与换热器的热计算传热过程分析与换热器的热计算 课堂讲解 课后作业 【10-3】一卧式冷凝器采用外径为 25mm，壁厚 1.5mm 的黄铜管做成热表面。已知管外 冷凝侧的平均传热系数 )/(7005 2 0 KmWh ，管内水侧平均的表面传热系数 )/(3004 2 KmWhi 。试计算下列两种情况下冷凝器按管子外表面面积计算的总传热系数 (1) 管子内外表面均是洁净的 (2) 管内为海水，流速大于 1m/s，结水垢，平均温度小于 50，蒸汽侧有油。 【解】 WKmR WKmR WKm d d h WKmh fo fi ii /0002. 0
2、 /0001. 0 191 /10643. 2 20 25 4300 11 /107543. 15700/1/1 2 2 240 24 0 蒸汽含油污垢系数 海水污垢系数 查得：，表由参考文献 解： 【10-13】一台 1-2 型壳管式换热用来冷却 11 号润滑油。冷却水在管内流动， CtCt 5020 22 ， ，流量为 3kg/s；热油入口温度为 600C， )/(350 2 KmWk 。试计算： (1) 油的流量； (2) 所传递的热量； (3) 所需的传热面积。 第 2 页 共 6 页 2 3 22 11 21 22 1 1 21 211 222 11 222 1 21 62.26 3
3、2.40350 1066.375 32.409 . 08 .44 9 . 01591 75. 0333. 1/1/15 . 0375. 0333. 1 333. 1 2050 60100 375. 0 20100 2050 8 .44 )50/40ln( 5040 )/ln( 5050100 402060)3( 66.375)2050(41743)2( /37. 4 )60100(2148 )2050(41743 /4174,/2148) 1 ( m tk A Ct RPR tt tt R tt tt P C tt tt t Cttt Cttt KWtcq skg tc tcq q CkgJc
4、CkgJc m m r r m r m m m 查得，图由参考文献 则 分别为查得润滑油及水的比热解： KmW d d RR k k KmW d d hd dd h k KmW i fif w iii 2 0 0 0 0 2 44 000 0 0 /1 .1302 20 25 0001. 00002. 0 9 . 2200 1 1 1 1 )2( /9 .2200 1063. 2 20 25 ln 1092 025 . 0 107453 . 1 1 1 ln 2 1 1 ) 1 ( /109 传热系数管子内外表面结垢后的 时的导热系数管子内外表面均是洁净 黄铜的导热系数 【10-17】在一逆流
5、式水-水换热器中，管内为热水，进口温度 100 , t 出口温度为 80 , t ；管外流过冷水，进口温度 20 , 2 t ，出口温度 70 , 2 t ；总换热量 KW350 ， 共有 53 根内径为 16mm、壁厚为 1mm 的管子。管壁导热系数 kmw*/40 ，管外流体的表 面传热系数 kmwh*/1500 0 ，管内流体为一个流程。假设管子内、外表面都是洁净的。试 确定所需的管子长度。 【解】计算管内平均换热系数。 第 3 页 共 6 页 9080100 2 1 f t 95. 1Pr,*/68. 0,*/109 .314 6 kmwsmKgu sKg tc qc p mp /41
6、59,4208 19830 109 .314016. 01416. 3 53/159. 444 Re 6 du qm kmw d h*/3273PrRe023. 0 3 . 08 . 0 kmw d d hh ka*/965 11 1 1 2 10 28.43 30/60ln 701002080 m t ， ,38. 8 , 2 dLnAmA .80. 2m dn A L 本题中冷热流体总温差为 43.3，管外冷流体侧占 68，管内侧约占 32，故不必考虑 温差的修正。 【 10-22 】 欲 采 用 套 管 式 换 热 器 使 热 水 与 冷 水 进 行 热 交 换 ， 并 给 出 skgq
7、CtskgqCt mm /0233. 0,35,/0144. 0,200 2211 。取总传热系数为 22 25. 0),/(980mAKmWk ，试确定采用顺流与逆流两种布置时换热器所交换的热量、冷 却水出口温度及换热器的效能。 第 4 页 共 6 页 W tcq Cttt CtttBt ttt C tttt tt tt B BN T U N T U cq kA NTU cq cq B kkgJckkgJc CC m m m m m m pp 6248 )4 .99200(43130144. 0 672/ )( 9935)4 .99200(637. 0)( 7 .1492/ )4 .9920
8、0(2/ )( 4 .99 )35200(610. 0200)( 610. 0 1 1)(exp1 945. 3 43131444. 0 25. 0980 )( 637. 0 41830233. 0 43130144. 0 )( )( /4183/4313 ,15065 1 111 222 2112 111 2111 21 11 min 2 1 21 计算有效与假设值相符合，所以 平均温度验算： 又 为：法，顺流换热器的效能由 则可查得：和别为设冷、热水平均温度分 ）顺流换热解：（ 第 5 页 共 6 页 Wtcq Cttt Cttt CtB cq cq t t ttt C tttt tt t
9、t BNTUB BNTU NTU cq kA NTU cq cq B kkgJckkgJc CC m m m m m m m m pp 91193 .9341950233. 0 3 .128353 .93 3 .1282/ 3 .93)5 .51200(628. 0 )( )( 8 .1252/ )5 .51200(2/ )( 5 .51 )35200(9 . 0200)( 9 . 0 12)(exp1 1)(exp1 99. 3 42580144. 0 25. 0980 )( 628. 0 41950233. 0 42580144. 0 )( )( /4195/4258 ,12580 )2(
10、 222 222 222 2 2 1 2 1 111 2111 21 11 min 2 1 21 有效。定相差很小，计算结果冷热流体平均温度与设 平均温度验算： 又 为：法，逆流换热器的效能由 则可查得：和别为设冷、热水平均温度分 逆流换热 【10-27】一台逆流式换热器刚投入工作时在下列参数下运行： 360 , 1 t ， 300 , 1 t ， 30 , 2 t ， 200 , 2 t ， 11c qm =2500W/K， K=800 kmW 2 。 运行一年后发现， 在 11c qm 、 22c qm 、 及 , 1 t 、 , 2 t 保持不变的情形下， 冷流体只能被加热到 162，
11、而热流体的出口温度则高于 300。 试确定此情况下的污垢热阻及热流体的出口温度。 【解】不结垢时， 2 .210 160/270ln 160270 m t ， 2 892. 0 2 .210800 3003602500 m tk A m KWcqcq mm /4 .882 170 60 2500 30200 300360 1122 . 结垢后， Wtcqm116471301624 .882 222 。 又 4 .31330162 833. 2 1 360,833. 2 4 .882 2550 360 30162 , , 1 , 1 , 1 , 2 , 2 22 11 t ttt tt cq c
12、q m m 2 .283 198/4 .283ln 1984 .283 m t ， kmWk 2* 2 .548 2 .238892. 0 116471 ， 第 6 页 共 6 页 kmWRR kk 241 , 1025. 1101824 800 1 2 .548 1 , 11 。 【10-32】已知：一球状物体中， 为绝缘材料的导热系数，h 为球外表面的表面传热系 数，假定为常数。求证：球状物体的临界表面绝缘半径为 hr2 。 【证明】设周围介质的温度为 t，则通过空心球壁的传热量为 hrrr tt 2 i i 4 111 4 1 ri为球状物体的一内半径，该处的壁温为 ti；r 是外半径，
13、此处视为变量。达到临界半径时， 满足条件 0 d d r 0 4 111 4 1 d d 2 1 hrrrr 即 0 4 2 4 1 32 hrr 由此得 0 21 rh 于是得球状物体的临界表面绝缘半径为 h r 2 【10-43】一块表面积为 A 的平板埋于绝热材料中（如附图所示） 。初始时与温度为 T 的气流处于平衡状态，后突然受到投入辐射 G 的作用。平板对 G 的吸收比为 1，自身辐射的 发射率为 ，平板的热容量为 mc。此时对流换热的表面传热系数为 h。试按集总参数法导出 平板温度随时间变化的关系式，及当平板又一次处于稳态工况时的温度值。取 G=3000W/m2， 1=0.8，=0.9，T=300K，mc=20400J/K，h=50W/(m2.K)。 【解】热平衡关系式 TTAhTTAGA T mc 44 01 d d 再次处于稳态时 0 44 01 TTAhTTAGA 0300503001067. 59 . 030008 . 0 448 TT 解得 T=343K。
